măsurători spectroscopice RMN detaliate ale relaxării 83KR T1 în funcție de volumul de inhalare
fără a detalia aspectele tehnice ale producției HP 83KR și manipularea gazelor, este important de menționat că dezvoltarea continuă a metodologiei a permis experimente rafinate cu o calitate superioară a datelor generate pe măsură ce timpul a progresat. Astfel de îmbunătățiri au permis un studiu detaliat al 83kr T1 în plămân, adică sursa contrastului pătrat, prezentată în detaliu în Ref. aceasta a constituit un salt cuantic peste configurația experimentală raportată anterior în Ref. , nu numai din cauza polarizării aparente îmbunătățite de la Papp = 0,5% la Papp=1%, o manipulare mai bună a gazelor și bobine RMN mai mari (fără gradienți acolo unde este necesar), ci și din cauza protocolului îmbunătățit pentru măsurători de relaxare.
semnalul HP 83KR a fost măsurat în serii de 32 de spectre RMN cu unghi mic de răsturnare (12 inq) distanțate la 0,2 s distanță, care au început înainte de inhalare cu HP 83kr și au durat câteva secunde după inhalarea completă și reținerea respirației. În timpul intervalului de timp inițial, absența semnalului RMN detectabil a demonstrat că HP 83kr nu a fost forțat în plămân în timpul transferului inițial de gaz în recipientul de stocare VB. La aproximativ 0,6 secunde după ce s-a aplicat un volum de aspirație predeterminat cu seringa de ventilație, plămânii au atins volumul constant de inhalare Vi (adică modelarea unei rețineri a respirației). După un timp de decontare pulmonar (de obicei 0.2 s), semnalul HP 83kr observat a prezentat o decădere de relaxare monoexponențială (în plus față de decăderea semnalului cauzată de cele 12 impulsuri de unghi de răsturnare de la sută) și montarea datelor a furnizat în consecință timpii de relaxare de 83Kr T1 (vezi Eq. 19.3). Nu s-a făcut nicio încercare de a rezolva spațial măsurătorile de relaxare, deoarece au fost necesare îmbunătățiri suplimentare ale tehnologiei pentru a permite un contrast pătrat RMN HP 83KR semnificativ (a se vedea secțiunea „contrast HP 83KR Square T1 al unui model Animal de emfizem”). Cu toate acestea, protocolul a furnizat date foarte reproductibile care au eliminat o mare parte din dispersia anterioară în timpii T1 măsurați, deoarece întregul proces de inhalare a fost monitorizat și un bun punct de referință pentru sfârșitul perioadei de inhalare a putut fi determinat din curba de intensitate. Datele utilizate în fitingurile T1 s-au extins pentru 2,6 s fără a lua în considerare spectrele colectate după acest timp din cauza abaterii observate de la comportamentul de relaxare monoexponențială care a fost probabil cauzată de diferențe substanțiale în comportamentul de relaxare între zonele respiratorii și căile respiratorii mai mari.
rezultatele măsurătorilor de relaxare din curbele de dezintegrare HP 83Kr sunt rezumate în Fig. 19.4 unde punctele de date afișează valorile 83Kr T1 în plămânii de șobolan în funcție de volumul de inhalare, variind de la Vi=3 la Vi=20 mL. Cercurile umplute reprezintă experimente în care un volum Vi de amestec de gaz HP a fost singurul gaz inhalat (adică schema de inhalare 1). Rețineți că fiecare punct de date este media măsurătorilor de relaxare din plămânii excizați a cinci șobolani individuali (3 luni; 350-425 g) și a cel puțin două fitinguri T1 pe volum de inhalare și specimen. Datele de relaxare arată o abatere relativ mică între șobolanii individuali (afișate ca bare de eroare care arată abaterea standard) subliniind reproductibilitatea ridicată a experimentelor.
figura 19.4. (A) schița diferitelor scheme de inhalare care direcționează HP 83Kr mai mult spre căile respiratorii (schema 2) sau spre zona respiratorie înaltă S/V (schema 3) comparativ cu inhalarea HP 83KR „simplă” (schema 1). În schema 2, plămânii inhalează mai întâi volumul Vidark de „gaz întunecat” (adică., gaz care nu este detectabil RMN, de obicei aer sau N2—indicat în culoarea roșie) urmat de HP 83kr (prezentat în culoarea albastră) rezultând volumul total de inhalare Vi. Schema 3 reprezintă un tip de experiment „urmăritor de azot” în care inhalarea HP 83kr este urmată de un volum de N2, rezultând din nou volumul total de inhalare Vi. (B) măsurat 83kr T1 timpi de relaxare în funcție de volumul de inhalare Vi folosind plămânii ex vivo și sistemul de ventilație schițat în Fig. 19.3. Rețineți independența volumului de inhalare a relaxării de 83Kr de mai sus Vi=10 mL cu schema 1 și 3.
adaptat cu permisiunea Stupic KF, Elkins ND, Pavlovskaya GE, Repine JE, Meersmann T. efectele inhalării pulmonare asupra rezonanței magnetice hiperpolarizate krypton-83 T-1 relaxare. Phys Med Biol 2011; 56 (13): 3731-48. doi:10.1088/0031-9155/56/13/001. PubMed PMID:ISI: 000291866800003.
pe baza rezultatelor cu suprafețele modelului, S-ar prezice naiv că, odată cu creșterea volumului de inhalare, Vi, s-ar găsi timpii T1 să crească, de asemenea, deoarece alveolele în expansiune vor determina probabil scăderea S/V. Cu toate acestea, timpii T1 observați au devenit fie mai scurți, fie au rămas constanți odată cu creșterea volumului de inhalare. Scăderea inițială a timpilor de relaxare poate fi explicată prin contribuția în schimbare a căilor respiratorii (s/v scăzut) și a zonelor cu S/Vs ridicat, cum ar fi Regiunea respiratorie (adică canalele alveolare și sacii alveolari), incluzând probabil căile respiratorii mai distale, cum ar fi bronhiolele și bronhiile mai mici. La un volum redus de inhalare, căile respiratorii contribuie la o fracție mai mare la semnalul detectat în comparație cu volumele mari de inhalare în care semnalul apare copleșitor din zona alveolară. Timpul de relaxare măsurat poate fi o medie” adevărată ” din relaxarea din diferite zone din cauza difuziei gazului care provoacă un schimb rapid între aceste regiuni. Alternativ, timpii de relaxare din diferite zone pot fi pur și simplu suficient de asemănători pentru a crea impresia unei degradări a semnalului monoexponențial. În orice caz, o singură constantă de timp pare să ofere o descriere bună a relaxării longitudinale de 83Kr. Odată cu creșterea volumului de inhalare și, prin urmare, creșterea contribuției din zona alveolară, S/V crește și constantele de timp T1 scad.
această interpretare este susținută în continuare de observațiile făcute cu scheme alternative de inhalare în care fie gazul non-HP („întunecat”) este inhalat mai întâi, care nu poate fi observat prin RMN urmat de gazul HP (schema de inhalare 2), fie, invers, unde gazul HP este urmat de gazul întunecat, nedetectabil (adică., un experiment cu azot-chaser – sau schema de inhalare 3). Schema de inhalare 2 este de așteptat să reducă cantitatea de HP 83kr în regiunea alveolară, dar nu și în căile respiratorii. În consecință, s-ar aștepta să se observe ori T1 mai lungi cu schema de inhalare 2 decât cu schema 1. Acest lucru este într-adevăr observat așa cum arată punctele de date (triunghiuri) din Fig. 19.4. Reducerea timpului de relaxare este mai pronunțată pentru Vidark=12 mL decât pentru Vidark = 6 mL. În plus, timpii T1 ai schemei 2 devin comparabili cu cei ai schemei 1 de inhalare la cele mai mari volume de inhalare. Schema de inhalare 3, realizată cu volume totale de inhalare Vi cuprinse între 9 și 20 mL, a fost concepută pentru a suprima semnalele HP 83Kr de la căile respiratorii mai mari și pentru a crește contribuția gazului HP din regiunea alveolară. Ca și în cazul schemei 1, timpii T1 scad inițial și în cele din urmă se stabilizează la un volum total de inhalare Vi de aproximativ 12 mL. Cu toate acestea, această schemă a condus la timpi de relaxare mai rapizi (cercuri deschise) cu T1 1,0 s pentru VI 12 ml, comparativ cu valoarea corespunzătoare a T1 1,3 s obținută cu schema 1 pentru același volum de inhalare. Rețineți că experimentele imagistice ulterioare au găsit o distribuție bimodală a timpilor de relaxare cu o contribuție lentă de relaxare rapidă în jurul valorii de 1 s și o distribuție de relaxare mai lentă în jurul valorii de aproximativ 1,3 s (vezi secțiunea „HP 83KR SQUARE T1 Contrast al unui model Animal de emfizem”).
deși scăderea inițială a timpilor de relaxare cu creșterea volumului de inhalare poate fi explicată printr-o schimbare a contribuției relative între căile respiratorii și zona respiratorie, este de remarcat absența completă a unei creșteri a timpilor de 83kr T1 cu creșterea inhalării pulmonare. Se așteaptă ca S/V din plămâni să scadă odată cu creșterea volumului de inhalare. Cu toate acestea, volumul de inhalare independent de 83kr T1 ori la volume mari de inhalare cu schema 1 și 3 indică S/V constant în partea distală a căilor respiratorii și a zonelor respiratorii. În mod remarcabil, în urma observațiilor anterioare în plămânii canini, o constatare oarecum similară a fost raportată de Woods, Conradi, Yablonski și colegii săi în cercetarea 3He folosind coeficientul de difuzie aparent (ADC) în plămânii umani . Cercetătorii au ajuns la concluzia că razele canalului alveolar cresc doar ușor odată cu inhalarea și că creșterea volumului pulmonar este cauzată în mare parte de recrutarea alveolară. Rețineți totuși că ADC este determinat pe intervale de timp de obicei 1-3 ms, care sunt mult mai scurte decât măsurătorile de relaxare pe o perioadă de 2,6 s durata raportată aici și măsurători ADC sonda, prin urmare, o regiune mult mai mică . La 293K, constanta de difuzie variază de la D=0, 63cm2 / s (kripton în heliu) la D=0.15cm2 / s (kripton în azot) și, în consecință, amestecurile de gaze kripton care difuzează liber ar afișa deplasări medii de dimensiuni centimetrice într-o perioadă de timp de 2-3 s. Indicarea dimensiunilor alveolare fiind în mare parte independentă de volumul inflației, furnizată de două metode diferite care sondează scări de lungime foarte diferite, este remarcabilă și poate duce la perspective asupra mecanismului de recrutare alveolară. În combinație cu măsurători ADC și alte tehnici, cum ar fi experimentele cu fază dizolvată HP 129XE, contrastul RMN pătrat HP 83kr poate oferi indicii suplimentare în viitor. Pentru moment, rezultatul important al Fig. 19.4 este că contrastul pătrat HP 83Kr, explorat în secțiunea următoare, este foarte reproductibil, cu puțină îngrijorare pentru fluctuațiile mici ale volumului de inhalare, cel puțin în plămânii rozătoarelor sănătoase (excizate) și atâta timp cât volumul de inhalare este suficient de mare. Experimentul azot-chaser (schema de inhalare 3) poate spori contrastul pătrat, deoarece HP 83Kr va fi direcționat mai mult către zonele respiratorii.